El disco compacto - Casa de los Niños Las Terrenas

El disco compacto (conocido popularmente como CD por las siglas en inglés de Compact Disc)
es un disco óptico utilizado para almacenar datos en formato digital, consistentes en cualquier
tipo de información (audio, imágenes, vídeo, documentos y otros datos).
Los CD estándar tienen un diámetro de 12 centímetros y pueden almacenar hasta 80 minutos de
audio o 700 MB de datos. Los Mini-CD tienen 8 cm y son usados para la distribución de
sencillos y de controladores guardando hasta 24 minutos de audio o 214 MB de datos.
Esta tecnología fue inicialmente utilizada para el CD audio, y más tarde fue expandida y
adaptada para el almacenamiento de datos (CD-ROM), de video (VCD y SVCD), la grabación
doméstica (CD-R y CD-RW) y el almacenamiento de datos mixtos (CD-i, Photo CD y CD
EXTRA).
El disco compacto goza de popularidad en el mundo actual. En el año 2007 se habían vendido
200 mil millones de CD en el mundo desde su creación. Aun así, los discos compactos se
complementan con otros tipos de distribución digital y almacenamiento, como las memorias
USB, las tarjetas SD, los discos duros y las unidades de estado sólido. Desde su pico en el año
2000, las ventas de CD han disminuido alrededor de un 50%.[cita requerida]
El disco compacto es una evolución tecnológica del LaserDisc. Los prototipos fueron
desarrollados por Philips y Sony, primero de manera independiente y posteriormente de manera
conjunta. Fue presentado en junio de 1980 a la industria, y se adhirieron al nuevo producto 40
compañías de todo el mundo mediante la obtención de las licencias correspondientes para la
producción de reproductores y discos.
Prototipos de discos ópticos de audio digital
En 1974, una iniciativa fue tomada por L. Ottens, director del grupo de la industria de audio
dentro de la Corporación Tecnológica de Philips. Se formó un grupo de proyecto de siete
personas para desarrollar un disco de audio óptico con un diámetro de 20 cm con una calidad de
sonido superior a la de los discos de vinilo grandes y frágiles. En marzo de 1974, durante una
reunión del grupo de audio, dos ingenieros del laboratorio de investigación de Philips
recomienda el uso de un formato digital en el disco óptico de 20 cm, ya que se podría añadir un
código de corrección de errores. No fue hasta 1977 que los directores del grupo decidieron
establecer una laboratorio con la misión de crear un pequeño disco de audio digital óptico y un
pequeño reproductor. Se eligió el término "disco compacto", en consonancia con otro producto
de Philips, el casete compacto. En lugar de los 20 cm de tamaño original, el diámetro de este
disco compacto se fijó en 11,5 cm, la diagonal de un casete compacto.
Mientras tanto, Sony mostró por primera vez públicamente un disco de audio digital óptico en
septiembre de 1976. En septiembre de 1978, la compañía mostró un disco de audio digital óptico
con un tiempo de 150 minutos de reproducción, velocidad de muestreo de 44.056 Hz, resolución
lineal de 16 bits y código de corrección de errores de cruz-entrelazado, especificaciones similares
a las que más tarde se establecieron en el formato estándar del Compact Disc en 1980.
Colaboración y estandarización
Más tarde, en 1979, Sony y Philips crearon un grupo de trabajo conjunto de los ingenieros para
diseñar un nuevo disco de audio digital. Liderados por Kees Schouhamer Immink y Toshitada
Doi, la investigación impulsó la tecnología del láser y el disco óptico que se inició de forma
independiente por las dos empresas. Después de un año de experimentación y discusión, el grupo
de trabajo produjo el Libro Rojo de estándar CD-DA. Publicado por primera vez en 1980, la
norma fue adoptada formalmente por la Comisión Electrotécnica Internacional como estándar
internacional en 1987, con varias enmiendas que comenzaron a formar parte de la norma en
1996.
Philips contribuyó al proceso de manufactura general, basado en la tecnología del LaserDisc
video. Philips también contribuyó con el sistema de modulación Eight-to-Fourteen (EFM), que
ofrece una cierta resistencia a defectos tales como rasguños y huellas dactilares, mientras que
Sony contribuyo con el método de corrección de errores CIRC.
La Historia de Compact Disc,1 contada por un ex miembro del grupo de trabajo, entrega
antecedentes sobre las muchas decisiones técnicas, incluida la elección de la frecuencia de
muestreo, tiempo de reproducción, y el diámetro del disco. El grupo de trabajo estuvo formado
por alrededor de cuatro a ocho personas, aunque según Philips, el disco compacto fue "inventado
colectivamente por un grupo grande de personas que trabajan como un equipo".
Comercialización
En 1981, el director de orquesta Herbert Von Karajan convencido del valor de los discos
compactos, los promovió durante el Festival de Salzburgo, y desde ese momento empezó su
éxito. Los primeros títulos grabados en discos compactos en Europa fueron la Sinfonía Alpina de
Richard Strauss, los valses de Frédéric Chopin interpretados por el pianista chileno Claudio
Arrau, y el álbum The Visitors de ABBA, en 1983 se produciría el primer disco compacto en los
Estados Unidos por CBS (hoy Sony Music) siendo el primer título en el mercado un álbum de
Billy Joel.2 La producción de discos compactos se concentró por varios años en los Estados
Unidos y Alemania, de donde eran distribuidos a todo el mundo.
Fue en octubre de 1982 cuando Sony y Philips comenzaron a comercializar el CD.
En el año 1984 salieron al mundo de la informática, permitiendo almacenar hasta 650 MB.
Detalles físicos
A pesar de que puede haber variaciones en la composición de los materiales empleados en la
fabricación de los discos, todos siguen un mismo patrón: los discos compactos se hacen de un
disco grueso, de 1,2 mm, de policarbonato de plástico, al que se le añade una capa reflectante de
aluminio, utilizada para obtener más longevidad de los datos. Así se reflejará la luz del láser (en
el rango de espectro infrarrojo, y por tanto no apreciable visualmente); posteriormente se le
añade una capa protectora de laca, que actúa como protector del aluminio y, opcionalmente, una
etiqueta en la parte superior. Los métodos comunes de impresión en los CD son la serigrafía y la
impresión Offset. En el caso de los CD-R y CD-RW se usa oro, plata, y aleaciones de las
mismas, que por su ductilidad permite a los láseres grabar sobre ella, cosa que no se podría hacer
sobre el aluminio con láseres de baja potencia.
Un CD de audio se reproduce a una velocidad tal que se leen 150 KB por segundo. Esta
velocidad base se usa como referencia para identificar otros lectores como los de ordenador, de
modo que si un lector indica 24x, significa que lee 24 x 150 kB = 3.600 kB/s, aunque se ha de
considerar que los lectores con indicación de velocidad superior a 4x no funcionan con velocidad
angular variable como los lectores de CD-DA, sino que emplean velocidad de giro constante,
siendo el radio obtenible por la fórmula anterior el máximo alcanzable.
Estándares
Para más información sobre los estándares relacionados con el mundo del Disco Compacto,
visite Rainbow Books.
Una vez resuelto el problema de almacenar los datos, queda el de interpretarlos de forma
correcta. Para ello, las empresas creadoras del disco compacto definieron una serie de estándares,
cada uno de los cuales reflejaba un nivel distinto. Cada documento fue encuadernado en un color
diferente, dando nombre a cada uno de los «libros arcoiris» (Rainbow Books).
Tiempo de acceso
Para describir la calidad de un CD-ROM este es probablemente uno de los parámetros más
interesantes. El tiempo de acceso se toma como la cantidad de tiempo que le lleva al dispositivo
desde que comienza el proceso de lectura hasta que los datos comienzan a ser leídos. Este
parámetro viene dado por: la latencia, el tiempo de búsqueda y el tiempo de cambio de velocidad
(en los dispositivos CLV). Téngase en cuenta que el movimiento de búsqueda del cabezal y la
aceleración del disco se realizan al mismo tiempo, por lo tanto no estamos hablando de sumar
estos componentes para obtener el tiempo de acceso sino de procesos que justifican esta medida.
Este parámetro, obviamente, depende directamente de la velocidad de la unidad de CD-ROM ya
que los componentes de este también dependen de ella. La razón por la que el tiempo de acceso
es mayor en los CD-rom respecto a los discos duros es la construcción de estos. La disposición
de cilindros de los discos duros reduce considerablemente los tiempos de búsqueda. Por su parte
los CD-ROM no fueron inicialmente ideados para el acceso aleatorio sino para acceso secuencial
de los CD de audio. Los datos se disponen en espiral en la superficie del disco y el tiempo de
búsqueda es por lo tanto mucho mayor.
Una cuestión a tener en cuenta es el reclamo utilizado en muchas ocasiones por los fabricantes,
es decir, si las tasas de acceso más rápidas se encuentran en los 100 ms (150 ms es un tiempo de
acceso típico) intentarán convencernos de que un CD-ROM cuya velocidad de acceso es de 90
ms es infinitamente mejor cuando la realidad es que la diferencia es en la práctica inapreciable,
por supuesto que cuanto más rápido sea un CD-ROM mejor, pero hay que tener en cuenta qué
precio estamos dispuestos a pagar por una característica que luego no vamos a apreciar.
Los primeros CD-ROM operaban a la misma velocidad que los CD de audio estándar: de 210 a
539 RPM dependiendo de la posición del cabezal, con lo que se obtenía una razón de
transferencia de 150 KB/s, velocidad con la que se garantizaba lo que se conoce como calidad
CD de audio. No obstante, en aplicaciones de almacenamiento de datos interesa la mayor
velocidad posible de transferencia para lo que es suficiente aumentar la velocidad de rotación del
disco. Así aparecen los CD-ROM 2X, 4X,.... 24X,?X que simplemente duplican, cuadriplican,
etc. la velocidad de transferencia.
La mayoría de los dispositivos de menor velocidad que 12X usan CLV, los más modernos y
rápidos, no obstante, optan por la opción CAV. Al usar CAV, la velocidad de transferencia de
datos varía según la posición que ocupen estos en el disco al permanecer la velocidad angular
constante. Un aspecto importante al hablar de los CD-ROM de velocidades 12X o mayores es, a
que nos referimos realmente cuando hablamos de velocidad 12X, dado que en este caso no
tenemos una velocidad de transferencia 12 veces mayor que la referencia y esta ni siquiera es una
velocidad constante. Cuando se dice que un CD-ROM CAV es 12X queremos decir que la
velocidad de giro es 12 veces mayor en el borde del CD. Así un CD-ROM 24X es 24 veces más
rápido en el borde pero en el medio es un 60% más lento respecto a su velocidad máxima.

CLV
Velocidad Velocidad de transferencia
1x
150 KB/s
2x
300 KB/s
4x
600 KB/s
8x
1200 KB/s
10x
1500 KB/s
12x
1800 KB/s

CAV
Velocidad Velocidad mínima Velocidad máxima
16X
930KB/s
2400KB/s
20X
24X
32X
1170KB/s
1400KB/s
2100KB/s
3000KB/s
3600KB/s
4800KB/s
Tiempo de búsqueda
El tiempo de búsqueda se refiere al tiempo que lleva mover el cabezal de lectura hasta la
posición del disco en la que están los datos. Solo tiene sentido hablar de esta magnitud en media
ya que no es lo mismo alcanzar un dato que está cerca del borde que otro que está cerca del
centro. Esta magnitud forma parte del tiempo de acceso que es un dato mucho más significativo.
El tiempo de búsqueda tiene interés para entender los componentes del tiempo de acceso pero no
tanto como magnitud en sí.
Tiempo de cambio de velocidad
En los CD-ROM de velocidad lineal constante (CLV), la velocidad de giro del motor dependerá
de la posición que el cabezal de lectura ocupe en el disco, más rápido cuanto más cerca del
centro. Esto implica un tiempo de adaptación para que este motor tome la velocidad adecuada
una vez que conoce el punto en el que se encuentran los datos. Esto se suele conseguir mediante
un microcontrolador que relaciona la posición de los datos con la velocidad de rotación.
En los CD-ROM CAV no tiene sentido esta medida ya que la velocidad de rotación es siempre la
misma, así que la velocidad de acceso se verá beneficiada por esta característica y será algo
menor; no obstante, se debe tener en cuenta que dado que los fabricantes indican la velocidad
máxima para los CD-ROM CAV y esta velocidad es variable, un CD-ROM CLV es mucho más
rápido que otro de la misma velocidad CAV cuanto más cerca del centro del disco.
Caché
La mayoría de los CD-ROM suelen incluir una pequeña cache cuya misión es reducir el número
de accesos físicos al disco. Cuando se accede a un dato en el disco éste se graba en la cache de
manera que si volvemos a acceder a él, éste se tomará directamente de esta memoria evitando el
lento acceso al disco. Por supuesto, cuanto mayor sea la caché mayor será la velocidad de
nuestro equipo pero tampoco hay demasiada diferencia de velocidad entre distintos equipos. Por
este motivo ya que esta memoria solo nos evita el acceso a los datos más recientes que son los
que van sustituyendo dentro de la caché a los que llevan más tiempo y dada la característica, en
cuanto a volumen de información, de las aplicaciones multimedia nada nos evita el tener que
acceder al dispositivo. Este es uno de los parámetros determinantes de la velocidad de este
dispositivo. Obviamente, cuanto más caché tengamos mejor, pero teniendo en cuenta el precio
que estamos dispuestos a pagar por ella.
Tipos de discos compactos


Mini-CD
CD-A






CD-ROM
CD-R
CD-RW
CD+G
VCD
MMCD
Unidad de disco compacto
Lectora
La lectora de CD, también llamada reproductor de CD, es el dispositivo óptico capaz de
reproducir los CD de audio, de video, de datos, etc. utilizando un láser que le permite leer la
información contenida en dichos discos.
El lector de discos compactos está compuesto de:


Un cabezal, en el que hay un emisor de rayos láser, que dispara un haz de luz hacia la
superficie del disco, y que tiene también un fotorreceptor (foto-diodo) que recibe el haz
de luz que rebota en la superficie del disco. El láser suele ser un diodo AlGaAs con una
longitud de onda en el aire de 780 nm. (Cercano a los infrarrojos, nuestro rango de visión
llega hasta aproximadamente 700 nm.) por lo que resulta una luz invisible al ojo humano,
pero no por ello inocua. Ha de evitarse siempre dirigir la vista hacia un haz láser. La
longitud de onda dentro del policarbonato es de un factor n=1.55 más pequeño que en el
aire, es decir 500 nm.
Un motor que hace girar el disco compacto, y otro que mueve el cabezal radialmente.
Con estos dos mecanismos se tiene acceso a todo el disco. El motor se encarga del CLV
(Constant Linear Velocity), que es el sistema que ajusta la velocidad del motor de manera
que su velocidad lineal sea siempre constante. Así, cuando el cabezal de lectura está cerca
del borde el motor gira más despacio que cuando está cerca del centro. Este hecho
dificulta mucho la construcción del lector pero asegura que la tasa de entrada de datos al
sistema sea constante. La velocidad de rotación en este caso es controlada por un
microcontrolador que actúa según la posición del cabezal de lectura para permitir un
acceso aleatorio a los datos. Los CD-ROM, además permiten mantener la velocidad
angular constante, el CAV (Constant Angular Velocity). Esto es importante tenerlo en
cuenta cuando se habla de velocidades de lectura de los CD-ROM.


Un DAC, en el caso de los CD-Audio, y en casi todos los CD-ROM. DAC es Digital to
Analogical Converter. Es decir un convertidor de señal digital a señal analógica, la cual
es enviada a los altavoces. DAC’s también hay en las tarjetas de sonido, las cuales, en su
gran mayoría, tienen también un ADC, que hace el proceso inverso, de analógico a
digital.
Otros servosistemas, como el que se encarga de guiar el láser a través de la espiral, el que
asegura la distancia precisa entre el disco y el cabezal, para que el láser llegue
perfectamente al disco, o el que corrige los errores, etcétera.
Cabezal de un lector de CD-ROM: 1. Diodo láser, 2. Lente de enfoque, 3. Divisor de rayos, 4.
Espejo (dirige el haz láser hacia arriba, donde está la lente de enfoque y finalmente el CD), 5.
Fotodetector (fotodiodos), 6. Bus de datos, 7. Tapadera de plástico, 8. Imanes, 9. Bobinas (sirven
para mover la lente de enfoque y seguimiento), 10. Cremallera y ranura (permiten la movilidad
del cabezal en el ancho del CD-ROM).
Grabado
Los discos ópticos presentan una capa interna protegida, donde se guardan los bits mediante
distintas tecnologías, siendo que en todas ellas dichos bits se leen merced a un rayo láser
incidente. Este, al ser reflejado, permite detectar variaciones microscópicas de propiedades
óptico-reflectivas ocurridas como consecuencia de la grabación realizada en la escritura. Un
sistema óptico con lentes encamina el haz luminoso, y lo enfoca como un punto en la capa del
disco que almacena los datos.
Grabado durante la fabricación
Se puede grabar un CD por moldeado durante la fabricación.
Mediante un molde de níquel (CD-ROM), una vez creada un aplicación multimedia en el disco
duro de una computadora es necesario transferirla a un soporte que permita la realización de
copias para su distribución.
Las aplicaciones CD-ROM se distribuyen en discos compactos de 12 cm de diámetro, con la
información grabada en una de sus caras. La fabricación de estos discos requiere disponer de una
sala «blanca», libre de partículas de polvo, en la cual se llevan a cabo los siguientes procesos:
sobre un disco finamente pulido en grado óptico se aplica una capa de material fotosensible de
alta resolución, del tipo utilizado en la fabricación de microchips. Sobre dicha capa es posible
grabar la información gracias a un rayo láser. Una vez acabada la transcripción de la totalidad de
la información al disco, los datos que contiene se encuentran en estado latente. El proceso es
muy parecido al del revelado de una fotografía.
Dependiendo de las zonas a las que ha accedido el láser, la capa de material fotosensible se
endurece o se hace soluble al aplicarle ciertos baños. Una vez concluidos los diferentes baños se
dispone de una primera copia del disco que permitirá estampar las demás. Sin embargo, la
película que contiene la información y está adherida a la placa de vidrio es blanda y frágil, por lo
cual se hace imprescindible protegerla mediante un fino revestimiento metálico, que le confiere a
la vez dureza y protección.
Finalmente, gracias a una combinación de procesos ópticos y electroquímicos, es posible
depositar una capa de níquel que penetra en los huecos y se adhiere a la película metálica
aplicada en primer lugar sobre la capa de vidrio. Se obtiene de este modo un disco matriz o
«máster», que permite estampar a posterior miles de copias del CD-ROM en plástico.
Una vez obtenidas dichas copias, es posible serigrafiar sobre la capa de laca filtrante ultravioleta
de los discos imágenes e informaciones, en uno o varios colores, que permitan identificarlo.
Todo ello, lógicamente, por el lado que no contiene la información.
La fabricación de los CD-ROMs de una aplicación multimedia concluye con el estuchado de los
discos, que es necesario para protegerlos de posibles deterioros. Al estuche se añade un
cuadernillo que contiene las informaciones relativas a la utilización de la aplicación.
Finalmente, la envoltura de celofán garantiza al usuario que la copia que recibe es original. Estos
procesos de fabricación permiten en la actualidad ritmos de producción de hasta 600 unidades
por hora en una sola máquina.
Grabado por acción de láser
Otro modo de grabación es por la acción de un haz láser (CD-R y CD-RW, también llamado CDE).
Para esto la grabadora crea unos pits y unos lands cambiando la reflectividad de la superficie del
CD. Los pits son zonas donde el láser quema la superficie con mayor potencia, creando ahí una
zona de baja reflectividad. Los lands, son justamente lo contrario, son zonas que mantienen su
alta reflectividad inicial, justamente porque la potencia del láser se reduce.
Según el lector detecte una secuencia de pits o lands, tendremos unos datos u otros. Para formar
un pit es necesario quemar la superficie a unos 250º C. En ese momento, el policarbonato que
tiene la superficie se expande hasta cubrir el espacio que quede libre, siendo suficientes entre 4 y
11 mW para quemar esta superficie, claro que el área quemada en cada pit es pequeñísima.
Esto es posible ya que es una superficie algo "especial". Está formada en esencia por plata,
teluro, indio y antimonio. Inicialmente (el disco está sin nada, completamente vacío de datos...)
esta superficie tiene una estructura policristalina o de alta reflectividad. Si el software le "dice" a
la grabadora que debe simular un pit, entonces lo que hará será aumentar con el láser la
temperatura de la superficie hasta los 600 o 700 °C, con lo que la superficie pasa a tener ahora
una estructura no cristalina o de baja reflectividad. Cuando debe aparecer un land, entonces se
baja la potencia del láser para dejar intacta la estructura policristalina.
Para borrar el disco se quema la superficie a unos 200 °C durante un tiempo prolongado (de 20 a
40 minutos) haciendo retornar todo este "mejunje" a su estado cristalino inicial. En teoría
deberíamos poder borrar la superficie unas 1000 veces, más o menos, aunque con el uso lo más
probable es que se estropee el CD y tengas que tirarlo antes de poder usarlo tantas veces.
Grabado por acción de láser y un campo magnético
El último medio de grabación de un CD es por la acción de un haz láser en conjunción con un
campo magnético (discos magneto-ópticos).
Los discos ópticos tienen las siguientes características, confrontadas con los discos magnéticos:
Los discos ópticos, además de ser medios extraíbles con capacidad para almacenar masivamente
datos en pequeños espacios -por lo menos diez veces más que un disco rígido de igual tamañoson portátiles y seguros en la conservación de los datos (que también permanecen si se corta la
energía eléctrica). El hecho de ser portátiles proviene del hecho de que son extraíbles de la
unidad.